> 看完這么多智能家居網關模塊電路設計后，是不是創意爆棚呢？機會來了，趕緊參加物聯網創新應用設計大賽，贏取iPhone 6吧！<

　　TOP1 消防指示燈智能網關監控系統接口電路

　　電路原理：SCK、MISO、MOSI 分別是SPI 接口的時鐘信號、主站輸入信號、主站輸出信號。定義STC12 的SPI 接口工作在從站方式，STC11 作為SPI 主站。由于STC11 單片機沒有SPI 功能， 必須用軟件模擬SPI 主站功能， 這里僅將STC11 作為字節數據傳輸的中轉站， 不進行信息幀的校驗、存儲和轉換。監控計算機發出指令經STC11 的串口接收， 通過SPI 發送至STC12 進行處理。STC11 再通過SPI 接收返回信息， 然后通過串口發送至監控計算機。設計中，STC12 通過在SPI_TX 引腳的輸出下降沿，告知STC11 啟動模擬SPI 主站功能， 從STC12 的SPI 接口寄存器中讀取一個字節數據。

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　　TOP2 嵌入式智能家居系統網關模塊電路

　　工作原理：裝置工作原理，分為遠程控制模塊、主控制器、從控制器和控制電路四大部分。遠程計算機和手機分別通過Internet網絡和GPRS網絡與具 有Windows CE平臺的主控制器相連接進行通信。主控制器和從控制器通過串口分別與藍牙模塊相連接，通過藍牙傳輸進行通信。從控制器直接與控制電路相連接，通過控制電 路對家用電器進行控制，如圖是關于nRF0433的無線收發模塊電路的設計。

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　　這是一個共發射集放大電路，調整基極偏置，當輸入模擬信號，晶體管集電極電流隨模擬信號強度變化而變化，于是，LED的輸出光功率也隨模擬信號 而變化。采用此電路的改進形式，電路采用5V直流工作點，設計R1=30Ω，R2=2KΩ。發射端與信號源之間接一個隔值電容Cf=10uF，由于 LM386的增益可以達到200，為了減小發射端信號的幅度（否則信號幅度太大，在接收端難以調節至不失真），電容Cf和地之間接一個Rb=100Ω的電 阻。由于ICQ要達到20mA左右，由R1和R2偏置計算可知射極所接的電阻為幾十歐左右，設計為Re1=20Ω，Re2=52Ω，并且在Re2上并聯一 個隔直電容Cef為100uF。

　　TOP3? 智能網關紅外遙控接收電路

　　所有紅外遙控器的輸出都是用編碼后的串行數據對 38kHz～40kHz的方波進行脈沖幅度調制而產生的。如果直接對已調波進行測量，而其脈寬只有20多微秒，由于單片機的指令周期是微秒級，會產生很大 的誤差。因此，先要對已調波進行解調，對解調后的波形進行測量。將CX20106或一體化紅外接收頭解調出的遙控編碼脈沖直接連入SM8952AC25P 單片機的INT0和T0腳，定時器T0和T1都初始化為定時工作方式1，T0的GATE位置位。每次外部中斷首先停止定時，記錄T0、T1的計數值，然后 將T0、T1的計數值清零，并重新啟動定時。T0的值即為高電平脈寬，T1～T0的值為低電平脈寬。T0、T1與紅外編碼信號脈寬的對應關系并且存儲到外 部儲蓄器24C256中等待發送調用。

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　　紅外遙控發送電路

　　遙控信號的還原是通過SM8952AC25P的T2特殊輸出口進行二進制脈沖碼的高電平與低電平的調制輸出，其中調制為利用單片機特殊功能進行內部調制 這也是本設計的一個創新點，調制后的信號如圖3.5-2驅動紅外發光管工作。該設計的硬件電路相對簡單，因此系統的調試重點在軟件上。

　　TOP4? 智能家居電源穩壓電路

　　由于系統單元電路較多對且對5V電 源的要求比較高，其中TC35模塊的突發耗電電流峰值可達2.5A，故外加的穩壓器件必須達到足以提供TC35和其他電路額定電流的條件。采用了開關電源 芯片LM2576完成從12V到5V的轉換，作為對TC35終端和其他5V單元的供電。必須特別注意的是，如圖由LM2576芯片完成開關電源轉換需要大 功率的電感（100uH）和電容，以提高儲能的能力，達到單元電路的耗電需求。LM2576為5.0V3A開關電源穩壓器。

　　本系統的設計還涉及到傳感器信號采集與信號放大，其中放大器等部分需要用到±12V電源，因此根據設計要求增加了7812/7912三端穩壓IC提供 的±12V電源，如圖由220V的交流電經交流變壓器T降壓，變成12V交流電，低壓交流電再經過全橋整流變成脈動直流17V左右為三端穩壓提供電源，脈 動直流電經4700u電解電容和0.1u瓷片電容濾波，送到穩壓塊輸入端，進行穩壓，然后由三端穩壓輸出端輸出±12V直流電壓，±12V直流電再由 2200u和0.1u電容進行濾波，輸出比較穩定的±12V直流電壓，給模塊供電源。

　　TOP5 安全智能家居網關監控系統

　　PCF8563是低功耗的CMOS實時時鐘/日歷芯 片，它提供一個可編程時鐘輸出，一個中斷輸出和掉電檢測器，所有的地址和數據通過CI2 總線接口串行傳遞。最大總線速度為400Kbits/s，每次讀寫數據后，內嵌的字地址寄存器會自動產生增量。 PCF8563實時時鐘芯片的工作電路如下：

　　其中，OSOI為振蕩器輸入，OSOC為振蕩器輸出，/INT為中斷輸出（開漏；低電平有效），ssV接地，SDA為串行數據I/O，SCL為串行時鐘輸入，CLKOUT為時鐘輸出（開漏）， DDV為正電源。

　　檢測電路

　　集成比較器LM311的3號端恒輸入5V電壓，由于傳感器輸出電流與室內煤氣（煙霧）濃度成比例關系，即I=kC（I為傳感器輸出電流，C為室內煤氣濃 度，k為比例常數），故可通過傳感器和電位器1R將濃度轉化為電壓信號輸入到LM311的2號端（即V=kC*1R） 。電壓比較器可將模擬信號轉換成二值信號。LM311是一種通用的集成比較器，開環增益低，失調電壓大，共模抑制比小；但其響應速度快，傳輸延遲時間短， 而且可以直接把高電平信號輸入給單片機。 由以上分析可知，可以調節電位器的阻值來調節室內報警濃度的上限制。

　　報警電路

????? ?報警電路如下圖所示

　　當輸入端P1.0有信號輸入時，晶體管Q7基極產生電流，此時晶體管導通，在+5V電壓下，蜂鳴器工作；當輸入端P1.0沒有信號輸入時，此時由于Q7基極無電流，晶體管截止，蜂鳴器停止工作。

　　DTMF發送電路 在此可以采用現成的DTMF芯片，但是如果采用專門的芯片就得還得加上附加電路，使成本又上升。鑒于C8051F340的內部有四個16位的定時/計數器，可以利用這一內部資源，采用脈寬調制—PWM實現DTMF通信。單片機PWM DTMF通信原理圖如下：

　　TOP6 智能家居系統網關無線收發模塊電路

　　家庭網關是嵌入式智能家居系統的核心部件，所設計的無線收發模塊電路是家庭網關的一部分。單片RF收發芯片nRF0433組成的無線收發模塊電 路的原理和設計方法，所設計的無線收發模塊電路工作在433MHzISM頻段，數據速率9600bit/s，靈敏度高達-105dBm，最大發射功率達 10mW，電源電壓215～515V，工作電流31～47mA。

　　天線輸入/輸出，當nRF0433是接收模式時，ANT1（引腳16）和ANT2（引腳15）引腳端提供射頻輸入到低噪聲放大器LNA;當 nRF0433為發射模式時，從功率放大器提供射頻輸出到天線。天線連接到nRF0433是差動形式，在天線通道推薦的負載阻抗是400Ω。在印制板 （PCB）上差動回路天線如應用電路印制板圖所示。功率放大器輸出級由差動結構的2個集電極開路的晶體管組成，電源VDD到功率放大器必須通過集電極負載 供電。當連接差動回路天線到ANT1/ANT2引腳端，電源VDD將通過回路天線的中心供電。 單端天線連接到nRF0433時，使用差動到單端匹配網絡。單端天線也可以使用8:1射頻變壓器連接到nRF0433，工作在433MHz。射頻變壓器的 原邊必須有一個中心抽頭，用于電源VDD供電。 連接在RF-PWR（引腳11）端和+5V之間的電阻R3設置輸出功率。射頻輸出功率可以設置到+10dBm。輸出功率、芯片消耗電流與電阻R3的關系 （負載阻抗400Ω）。 引腳FILT（引腳4）和FILT2（引腳3）外接PLL回路濾波器，PLL回路濾波器是外接的單端2階濾波器， 對于VCO電路外接22nH（433MHz）電感在VCO1（引腳5）和VCO2（引腳6）引腳端之間是必須的。電感使用高質量的片式電感最大誤 差±3%。 晶體振蕩器需要通過引腳XC1（引腳1）和XC2（引腳20）外接晶振，晶振的特性要求是：并聯諧振頻率f=41000MHz，并聯等效電容 Co=5pF，晶振等效串聯電阻R=150Ω，全部負載電容，包括印制板電容CL=14pF，nRF0433可以使用微控制器的晶體振蕩器。

　　TOP7 ?物聯網智能網關設電源電路

　　該網關設備采用220V交流供電，電源模塊直接采用成型穩定的品牌幵關電源。該開關電源輸出5V電壓，供應板上弱電部分的電源需求。弱電部分為三塊：核心板、擴展板和RS485接口板。這三部分的電源各自獨立設計，互相隔離，避免了互相干擾。

　　擴展板電源設計核心板上的電源主要有5V和3.3V兩種。5V電源的耗電單位對電源的要求較低，可以直接使用開關電源提供的5V電源。由于核心板是搭載在 擴展板上的，核心板沒有單獨的電源接口，因而核心板的電源也從擴展板上的5V電源接口引入。在擴展板上5V電源接口的入口處還引入了開關和保險絲，以方便 設備的幵關和過流保護。3.3V供電的部分采用LM1117-3V3對5V電源進行穩壓，電路原理圖如圖。

　　TOP8? 智能網關系統日歷電路圖

　　基于ARM9的物聯網智能網關設計3.3系統日歷電路設計智能網關需要一個準確的實時時鐘，以保證系統走時準確，并能在掉電時正常計時。選用了 PCF8563日歷芯片，可以在初次啟動后，保證系統時間的準確性，為了保證斷電重啟時無需重新配置時間，為該日歷芯片配置了鈕扣電池。電路原理如圖 3.6所示

　　通過I2C總線與控制器通信。它僅需提供電源和32.758KHZ的晶體振蕩電路即可以正常工作。電池電路中，D1和D2導通二極管。在外接電源工作 時，D1導通，D2的作用是防止電池漏電。當外接電源停止時，D2導通，DI的作用是防|1：電池通過電源電路流失電能。C65、C66對RTC電源進行 濾波。

　　TOP9? 嵌入式智能網關硬件無線收發電路圖

　　一個基于IEEE802.15.4的CC2430無線收發模塊，主要用來完成網絡節點之間、節點與網關節點之間的無線通信。核心部分是一個CC2420射頻收發器，它完全支持ZigBee組網協議，具備傳輸速率高、傳輸距離遠和低功耗等優點。

　　主要特征如下：

　　工作頻帶范圍是2.4～2.4835GHz; 采用IEEE802.15.4規范要求的DSSS（直接序列擴頻方式）;

　　數據速率達250kbps，碎片速率達2Mchip/s，接收靈敏度高（-94dBm），鄰道抗干擾能力強（39dB），超低電流消耗;

　　低電壓供電（2.1～3.6V），內部集成VCO、LNA、PA及電源穩壓器。 CC2420通過簡單的四線（SI、SO、SCLK、CS）與SPI接口相連。可以通過調制解調控制寄存器的控制位配置成不同的發射和接收模式，通常工作在緩沖模式。

　　如圖5所示，它的外圍電路器件簡單，主要包括晶振電路、天線及阻抗匹配電路、接口電路和引腳的去耦濾波電路等。射頻輸入/輸出匹配電路主要用來匹配芯片的輸入/輸出阻抗，使其輸入/輸出阻抗為50，同時為芯片內部的PA和LAN提供支流偏置。